第四章 交通流理论 交通工程系郇荣 2024年04月12日
第四章 交通流理论 2024 年 04 月 12 日 交通工程系 郇荣
交通流的概念 Fundamentals of Talfic Eengineering ●交通流：道路上通行的车辆和行人具有类似流体流动的特性， 因此，将某一时段内道路上通行的车流和人流称为交通流。 ●即使在完全相同的环境中，由于驾驶员的驾驶行为、驾驶习惯 的影响，交通流中的车辆行为不可能一致，也不存在两个表现完 全相同的交通流。然而，总存在一个合理的、较一致的驾驶行为 范围，因而总存在一个合理一致的交通流表现范围。 ●交通流运行状态的定性、定量特征称为交通流特性，用以描述 交通流特性的一些物理量称为交通流参数，参数的变化反映了交 通流的基本性质。表征交通流特性的三个基本参数分别是：交通 流量、速度和密度
l即使在完全相同的环境中，由于驾驶员的驾驶行为、驾驶习惯 的影响，交通流中的车辆行为不可能一致，也不存在两个表现完 全相同的交通流。然而，总存在一个合理的、较一致的驾驶行为 范围，因而总存在一个合理一致的交通流表现范围。 l交通流：道路上通行的车辆和行人具有类似流体流动的特性， 因此，将某一时段内道路上通行的车流和人流称为交通流。 l交通流运行状态的 称为 ，用以描述 交通流特性的一些 称为 ，参数的变化反映了交 通流的基本性质。表征交通流特性的三个基本参数分别是:
交通流的分类 Fundamentals of Tralfic Eengineering ●交通流分类关系图 客流、货流 (营运) 分流、汇流 (流向) 机动车流 交通 车 流 快、慢车流 非机动车流 自由流、强制流 (流速) (交通组成) (动力) (密度) 连续流、间断 (流量) ●按交通设施对交通流的影响分： 连续交通流和间断交通流； 交通流类型 设施类型 描述参数 连续流 Uninterrupted 高速公路、普通公路、 Traffic Flow 城市快速路 Q、V、K Interrupted 平面交叉口 间断流 (交通信号、停让) 饱和流率、延误、 Traffic Flow 公共交通停靠站 损失时间 ●按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受分： 自由流、稳定流、不稳定流、强制流
l按交通设施对交通流的影响分：连续交通流和间断交通流； 交通流类型 设施类型 描述参数 连续流 Uninterrupted Traffic Flow 高速公路、普通公路、 城市快速路 Q、V、K 间断流 Interrupted Traffic Flow 平面交叉口 （交通信号、停让） 公共交通停靠站 饱和流率、延误、 损失时间 l按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受分： 自由流、稳定流、不稳定流、强制流。 l交通流分类关系图
交通流理论 Fundamentals ol Tralfic Eengineering 交通流理论是一门运用数学或物理的方法解释交通流 现象或特性的理论，它从宏观和微观描述交通流运行 规律，是交通工程学基础理论。 研究交通流理论的意义一更好地把握交通流运动机 理与规律，为交通系统的规划、设计、管理和控制提 供理论基础，使交通规划设计和营运管理发挥最大功 效。例如，应用交通流理论的模型和方法，可以分析 不同道路设施的在不同服务水平下的通行能力，还可 以预测交通流在道路网上的时空演化特性。 按研究手段和方法划分为传统交通流理论和现代交通 流理论
（） 是一门运用 或 的方法解释交通流 现象或特性的理论，它从 和 描述交通流运行 规律，是交通工程学基础理论。 l 研究交通流理论的意义——更好地把握交通流运动机 理与规律， ，使交通规划设计和营运管理发挥最大功 效。例如，应用交通流理论的模型和方法，可以分析 不同道路设施的在不同服务水平下的通行能力，还可 以预测交通流在道路网上的时空演化特性。 l 按研究手段和方法划分为传统交通流理论和现代交通 流理论
传统交通流理论和现代交通流理论 1.传统交通流理论 >定义：指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基础 的交通流理论。 > 特点：交通流模型的限制条件比较苛刻、模型的推导过程比 较严谨、模型的物理意义比较明确！ >代表模型：交通流的概率统计分布模型、车辆的跟驰模型、 车流波模型、排队论模型。 >传统交通流理论在目前的交通流理论体系中仍居主导地位， 同时在应用中相对成熟。 2.现代交通流理论 >定义：指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、 控制论、人工智能)为主要研究手段而形成的交通流理论。 >特点：模型和方法不追求严格意义上的数学推导，也没有明 确的物理意义，更重视模型/方法对真实交通流的拟合效果。 ~应用范围：主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测 (最典型的是对短时交通流的预测)
1．传统交通流理论 Ø 定义：指以数理统计和微积分等传统数学和物理方法为基础 的交通流理论。 Ø 特点：交通流模型的限制条件比较苛刻、模型的推导过程比 较严谨、模型的物理意义比较明确！ Ø 代表模型：交通流的概率统计分布模型、车辆的跟驰模型、 车流波模型、排队论模型。 Ø 传统交通流理论在目前的交通流理论体系中仍居主导地位， 同时在应用中相对成熟。 2．现代交通流理论 Ø 定义：指以现代科学技术和方法（如模拟技术、神经网络、 控制论、人工智能）为主要研究手段而形成的交通流理论。 Ø 特点：模型和方法不追求严格意义上的数学推导，也没有明 确的物理意义，更重视模型/方法对真实交通流的拟合效果。 Ø 应用范围：主要用于对复杂交通流现象的模拟、解释和预测 （最典型的是对短时交通流的预测）
第四章 交通流理论 第一节 连续流交通特性 第二节 概率统计模型 第三节排队论及其应用 第四节 跟驰模型 第五节 流体模拟理论 ★：要求掌握并学会应用
第一节 连续流交通特性 第二节 概率统计模型 第三节 排队论及其应用 第四节 跟驰模型 第五节 流体模拟理论 第四章 交通流理论 ★ ★ ★ ★ ★：要求掌握并学会应用 ★
第一节 连续流交通特性（交通流基本关系模型） 学习内容： 连 r1、 交通流三参数基本模型 复习回顾 2、速度-密度模型 断 1、信号交叉口车头时距 交 3、流量-密度模型 交 2、信号交叉口饱和流率 4、流量-速度模型 3、停车或让路标志处的车流 特 5、速度-密度非线性模型 特 4、 有效性指标-延误 性 6、交通流三参数关系的应用 性 学习目标： >掌握交通流三参数关系模型； >应用连续流的三参数关系分析交通运行状态； >了解连续流非线性模型；
Ø掌握交通流三参数关系模型； Ø应用连续流的三参数关系分析交通运行状态； Ø了解连续流非线性模型； 第一节 连续流交通特性(交通流基本关系模型） 1、交通流三参数基本模型 3、流量-密度模型 2、速度-密度模型 6、交通流三参数关系的应用 4、流量-速度模型 5、速度-密度非线性模型 1、信号交叉口车头时距 3、停车或让路标志处的车流 2、信号交叉口饱和流率 4、有效性指标-延误 复习回顾
考点、理论研究和实际应用 硕士研究生考点 理论研究和实际应用 1.已知两参数之间关系， 1.某类道路，通过长时间实 求解相关交通流特征 地数据调查，建立交通流 变量。 模型； 2.通过实际调查得到一 2.针对不同类型道路，分析 组数据，分别计算Q、 交通流特性的差异； V、K。 3.交通流状态判别，是交通 管理控制的依据，例如交 通拥堵收费、高速公路交 通量管制
n 硕士研究生考点 1.已知两参数之间关系， 求解相关交通流特征 变量。 2.通过实际调查得到一 组数据，分别计算Q、 V、K。 n 理论研究和实际应用 1.某类道路，通过长时间实 地数据调查，建立交通流 模型； 2.针对不同类型道路，分析 交通流特性的差异； 3.交通流状态判别，是交通 管理控制的依据，例如交 通拥堵收费、高速公路交 通量管制。 考点、理论研究和实际应用
一、交通流三参数基本模型 Fundamentals of Tralfic Eengineering 假设交通流为连续流，在长度为L的路段上有连续行驶的N辆 车，其速度为V,由交通流三参数的定义可知： ·L路段上的车流密度： ·N号车通过A断面所用的时间： ·N号车通过A断面的交通量： ·将以上各式整理得：
• 假设交通流为连续流，在长度为L的路段上有连续行驶的N辆 车，其速度为V，由交通流三参数的定义可知： • L路段上的车流密度： • N号车通过A断面所用的时间： • N号车通过A断面的交通量： • 将以上各式整理得： L N K V L t t N Q V KV L N V L N t N Q 一、交通流三参数基本模型 V B N 1 2 . A
一、 交通流三参数基本模型 Fundamentals of Fraffic Eengineering O=KV (1) 式中：Q一流量（辆/h) 交通量针对特定地点； V一区间平均速度(km/h)区间平均速度和密度针 K一密度（辆/km) 对特定路段； 如何理解流量 对于稳定交通流，公式()计算得到的Q值可以代表区段内 任意一点的流量； 对于非稳定流，公式()计算得到的Q值代表区段内所有点 交通量的均值
Q KV 式中：Q —流量（辆/h） V —区间平均速度（km/h） K —密度（辆/km） 对于稳定交通流，公式(1)计算得到的Q值可以代表区段内 任意一点的流量； 对于非稳定流，公式(1)计算得到的Q值代表区段内所有点 交通量的均值。 （1） 一、交通流三参数基本模型 如何理解流量 交通量针对特定地点； 区间平均速度和密度针 对特定路段；